變電站開關柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

變電站高壓開關柜設備在長期運行過程中，開關柜內(nèi)的觸點、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和松動導致在正常負荷下發(fā)熱現(xiàn)象，如果不能對這些部位的溫度進行有效的檢測，可能會導致整個變電站運行的癱瘓。如何設計一個實用的溫度檢測系統(tǒng)對開關柜進行快速、準確的檢測，是需要研究的重要課題。

1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1紅外成像測溫

紅外成像測溫最早出現(xiàn)在上世紀的瑞典，因其具有先天的優(yōu)勢，所以一步一步得到較快的發(fā)展。紅外成像的原理簡單說就是任何物體其本身都是有溫度，它能向外界發(fā)出熱量，而向外發(fā)出熱量的強弱可以定性的將其描繪出來，可以通過不同顏色進行繪制，從而簡單易見，直觀發(fā)現(xiàn)。我們現(xiàn)在所常見的紅外成像儀就是根據(jù)這個原理制成的，用在開關柜上就是根據(jù)柜內(nèi)設備所散出的熱量的強度，然后通過專門的儀器繪制成圖，就能非常直觀的觀測到熱量的強度而不用人為的打開開關柜，減少不必要的損失的人員潛在危險。在我國電力這個大的行業(yè)中，紅外成像技術首先被引進，也得到比較廣泛的推崇和應用。

紅外成像技術的技術特點是在監(jiān)測電氣設備的時候無需使設備停止運行就能檢測到溫度，這個有點很適合用于變電站，但是紅外成像技術也有它不好的一面。紅外技術的精髓是發(fā)出不同的紅外線，然而紅外線的穿透能力不是很強，尤在遇到一些硬質(zhì)物體或者厚的鐵片的時候，其能力大大降低，而且紅外線受外界環(huán)境的的依賴也很大，不同的環(huán)境也將導致溫度信息傳遞的正確性。因此綜上所述，紅外測量技術用在變電站開關柜中不能做出比較準確的預測，精確度不高。

1.2光纖測溫

近幾十年來，光纖技術從它的一出現(xiàn)就發(fā)展快速，光纖技術的優(yōu)點己不用過多介紹，它相對于電纜來說進步非常大，體積小，附加的保護投入措施也很小，并且因為它沒有電流干擾，全程都是通過光的形式傳播，抗電磁干擾能力非常強，這一點來說就非常適合在變電站等強磁場的場合下使用。光纖測溫因其優(yōu)點比紅外測溫更較常用于開關柜中，目前用在開關柜的場合主要分兩種：一種是將光纖作為溫度傳感器來使用；一種是將光纖作為信號傳輸介質(zhì)。由于光纖傳遞的種種優(yōu)點，如果將光纖傳遞作為開關柜傳感器與主站之間的傳輸媒介，用半導體溫度傳感器作為柜內(nèi)測量溫度的探頭，這種方法也有缺陷，首先光纖傳遞費用昂貴，適合遠距離傳輸，而變電站開關柜與主站之間距離太短，而且與監(jiān)控中心最遠不過幾十公里，另外，半導體溫度傳感器探頭的抗干擾能力太差無法適應變電站惡劣的環(huán)境也是次方法被不用的原因之一。

1.3無線測溫

通常分為有源和無源測溫，有源無線測溫的簡單測量原理是將溫度傳感器（多為DS18B20）放在被檢測的部件上，采集部件的溫度信息（為數(shù)字信號），然后溫度信號以無線通信的方式進行傳輸，其供電方式則是電池供電。缺點是傳感器探頭及無線發(fā)射電路采用電池或小電流互感器取能供電，電池存在使用壽命短和更換困難的問題，互感取能存在電流大小不易控制和安裝困難問題。

2高壓開關柜測溫的特點

在線測溫方式高壓開關柜有規(guī)定，與普通的測溫有區(qū)別：

（1）溫裝置的高壓絕緣問題突出

高壓開關柜通過柜體內(nèi)測溫裝置和柜體外溫度接收裝置，把測得高壓溫度數(shù)據(jù)輸送出去，同時柜體內(nèi)外的高、低壓側(cè)會產(chǎn)生高壓絕緣現(xiàn)象，有效的隔離措施必須采取，否則就會產(chǎn)生絕緣故障。

（2）開關柜的原有功能不受測溫裝置影響

開關柜是由斷路器和柜體組成，可操作性的設備是斷路器，所以斷路器等可操作設備的操作功能不受測溫設備的影響。

（3）紅外測溫等方法不能適應現(xiàn)場的開關柜結構

開關柜是由斷路器和柜體組成，絕緣熱縮包封是針對柜體內(nèi)導電部位，減少小型物種進入柜內(nèi)引起短路和柜內(nèi)受潮污垢等造成閃污現(xiàn)象。

（4）高壓開關柜的運行環(huán)境的嚴重電磁干擾

柜內(nèi)的電壓、電流以及變電站內(nèi)都會不可避免的產(chǎn)生巨大的電磁輻射，削弱測溫系統(tǒng)的測溫性能，測溫數(shù)據(jù)的準確性會降低。應采取減小誤差的方式和適當?shù)男ｒ灤胧﹣硖岣邷囟葦?shù)據(jù)的準確性。

3 SAW測溫系統(tǒng)的硬件設計

3.1溫度數(shù)據(jù)采集

通常安裝在被測部位的表面，像高壓開關柜內(nèi)的母線連接接頭和裸露觸點等位置。用于溫度信號的感應和輸送的無線溫度采集器，其結構包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無線收發(fā)電路。

溫度采集器是測量柜內(nèi)溫度的最下層的構件，使用saw用于檢測溫度信息，無線發(fā)射電路使用433MHz的發(fā)射電磁波，站內(nèi)開關柜內(nèi)的SAW傳感器傳感頭接收到后轉(zhuǎn)換為自己的能量，并將測量到的觸點溫度調(diào)制到電磁波上，并以無線方式將調(diào)制數(shù)據(jù)傳到采集終端上，實現(xiàn)被測點溫度信息的實時采集，從而實現(xiàn)非接觸溫度測量。

3.2系統(tǒng)通信實現(xiàn)

通信管理裝置，它是連接各個部件的中間橋梁，將開關柜內(nèi)溫度傳感器檢測的溫度信息輸送出去，最終的接受方是供電公司調(diào)度大廳的信息監(jiān)控中心，通信系統(tǒng)是否安全快捷也是判斷這個系統(tǒng)整體是否有效的原因之一。信息通信系統(tǒng)可實現(xiàn)對各種不同種類的開關柜內(nèi)溫度測量部件或測量單元的測量控制、通信管理、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理，將檢測結果和設備狀態(tài)通過專門搭建的用于電網(wǎng)通信的內(nèi)部專網(wǎng)傳送到站控中心和遠方的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。

隨著現(xiàn)代社會工業(yè)分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，RS-485通訊作為一種抗電氣噪聲干擾能力更強，能夠傳輸更遠距離的數(shù)字通信方式應運而生。RS-485標準在用于變電站與調(diào)度中心控制室的傳輸距離上是合理的，并且還具有傳輸速率快和抗干擾能力強等幾大優(yōu)勢，通常被用作為一種相對經(jīng)濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠的通信平臺。

3.3SAW測溫系統(tǒng)的軟件設計

基于SAW的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計部分，軟件可直接測試以及監(jiān)測溫度系統(tǒng)的工作情況，仿真后可直接在電腦上顯示。此溫度監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)前期是系統(tǒng)自檢，看看系統(tǒng)是否能可靠運行，隨后再進行溫度的監(jiān)測，主要分為兩部分，一部分為溫度的檢測，首先是溫度數(shù)據(jù)采集；信號傳輸；數(shù)據(jù)分析處理和診斷。溫度數(shù)據(jù)采集是由安裝在開關柜內(nèi)高壓設備關鍵測溫點上的聲表面波傳感器收集的第一手溫度數(shù)據(jù)，然后將檢測到的溫度數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)讲杉K端，進行計算與設定的溫度進行比較，看是否超溫。另二部分則為溫度系統(tǒng)的警報，如果超溫，則報警系統(tǒng)通過報警裝置報警，以通知相關工作人員及時處理，同時將超溫數(shù)據(jù)打印出來，以供參考。不管是超溫還是沒有超溫，都要在調(diào)度監(jiān)控中心的屏幕上看到。

4安科瑞無線測溫系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)結構

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了極大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4.2系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

.       溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

.       運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

.       實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

.       歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

4.3系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

5結語

變電站開關柜是保證輸送電壓的關鍵。有句俗話叫做“工欲善其事，必先利其器"，材料的發(fā)展水平是器件的關鍵，就目前而言，新型敏感材料的研究方向包括薄膜材料和復合壓電材料的研究等，因此為了提高傳感器在實際測量中的精度及敏感度，需要提高制作工藝。

參考文獻：

[1]孫磊.賈振威.變電站開關柜內(nèi)設備無線測溫系統(tǒng)研究

[2]廖雪松.高壓開關柜在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研究「D].南昌大學，2007.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2020.06版．

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10